(1.1)--第1章生命科学基础绪论.pdf

生命科学基础第一章 生命和生命科学内容提要71.1 生命是什么1.2 什么是生命科学1.3 生命科学的重要性1.1 生命是什么1）生命由元素构成2）生命的三大关键特征3）科学迎接生命的挑战非生命获得生命（1）生命由元素组成9水、压力、紫外线、阳光10原始海洋深海热泉粘土矿物（1）生命由元素组成元素周期表中的118种元素组成生命的并不多：11碳碳氢氢氧氧氮氮硫硫磷磷其其他他生命必需元素，无机化合物生命重要原料有机化合物C HO N元素有机大分子糖糖蛋白质蛋白质脂质脂质核酸核酸生命小分子CO2CH4H2ONH3（1）生命由元素组成12C HO N元素有机大分子糖糖脂质脂质核酸核酸蛋白质蛋白质生命小分子CO2CH4H2ONH3化合物生命的化学基础细胞生命的结构基础能量能量能量（1）生命由元素组成13新陈代谢细胞HOH2ONH3糖糖类脂类脂细胞膜自我复制氨基酸和蛋白氨基酸和蛋白DNA能量化学进化（2）生命三大关键特征14（3）迎接生命的挑战15心血管疾心血管疾病病癌症癌症神经退行神经退行传染病传染病交通事故交通事故意外伤害意外伤害其他其他生命历程饱受挑战科学迎接挑战简单摸索经验积累基础研究药物发现（3）迎接生命的挑战1.2 什么是生命科学1）生命科学概述2）生命科学的发展历程3）应用生物学的形成17（1）生命科学概述生命活动规律生命的本质生命的发育生物间关系生物与环境生命科学（Life Science）生物学（Biology）生物知识促成人类文明医药农业养殖业18生物科学和技术创新推动人类文明新石器时代新石器时代 环钻术环钻术古希腊和伊古希腊和伊斯兰文明斯兰文明欧洲欧洲 麻醉、感染控制麻醉、感染控制20世纪世纪 抗生素、输血、抗生素、输血、X射线射线21世纪世纪治病、防病、治病、防病、医疗美容医疗美容解剖学知识解剖学知识外科手术（1）生命科学概述19生命科学的分类分类方式分类方式具体范畴具体范畴生物类群或研究对象生物类群或研究对象植物学、动物学、微生物学、病毒学、人类学、古生物学、藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等等研究的生命现象或生命过程研究的生命现象或生命过程形态学、生理学、分类学、胚胎学、解剖学、遗传学、生态学、进化学、组织学、细胞学、病理学、免疫学等等。生物结构的层次生物结构的层次种群生物学、细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物学等等。与其他学科的关系与其他学科的关系生物物理学、生物化学、生物数学、生物气候学、生物地理学、仿生学、放射生物学现代生物学阶段的核心课程现代生物学阶段的核心课程生物化学、分子生物学、基因组学、蛋白组学和生物信息学、神经生物学、脑科学和认知科学、宏观生物学和系统生物学一批与生物和医学相关的技术学科一批与生物和医学相关的技术学科遗传工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、组织工程、克隆技术、生物信息技术（1）生命科学概述20（2）生命科学的发展历程古代16世纪1620世纪中20世纪中叶至今准备准备奠基奠基期期观察描述阶段观察描述阶段系统系统创立创立发展发展期期观察实验阶段观察实验阶段大科学大科学发展期发展期交叉融合阶段交叉融合阶段辉辉煌煌发发展展21生命科学辉煌发展阶段代表人物与事件 系统分类学林奈 用进废退 获得性遗传拉马克 细胞学说施莱登和施旺 物种起源 进化论达尔文 豌豆 遗传学孟德尔 果蝇 实验生物学摩尔根（2）生命科学的发展历程22生命科学大科学发展阶段的重要事件大肠杆菌DNA是遗传物质艾弗里等胰岛素蛋白结构链终止法测序桑格DNA双螺旋DNA之父沃森蛋白空间结构蛋白结晶佩鲁茨和肯德鲁遗传中心法则克里克破译遗传密码克拉纳和尼伦伯格遗传控制基因表达基因组成分子生物学核酸蛋白质生命的本质（2）生命科学的发展历程23技术革新极大发展了生命科学量子亚细胞和细胞个体种群群落生态系统生物圈原子和分子组织 器官（2）生命科学的发展历程25生物技术为多领域研究提供启示为多行业发展提供模拟对象生物信息学人工生命分子生物学生物芯片脑科学生命科学五大热点领域（3）应用生物学的形成生命科学的发展前沿 学科前沿学科前沿（1）分子生物学）分子生物学美国研究人员从分子水平中美国研究人员从分子水平中破解了长期酗酒伤身秘密破解了长期酗酒伤身秘密动物克隆技术创造渐冻人转动物克隆技术创造渐冻人转基因猪模型基因猪模型26 学科前沿学科前沿（2）人类基因组计划）人类基因组计划医学革命：基因图谱看病、基因药物治病、基因检测预防、基因治疗疾病27 学科前沿学科前沿（3）脑科学）脑科学透视美国脑计划:复杂度超过人类基因组计划2013.4.2，美白宫宣布启动脑计划28 学科前沿学科前沿（4）生物信息学）生物信息学建立“生物学周期表生物学周期表”通过计算机分析，预测药物作用机制。29 学科前沿学科前沿（5）人工生命）人工生命30 技术前沿技术前沿（1）基因工程）基因工程31 技术前沿技术前沿（2）蛋白质工程）蛋白质工程（3）酶工程）酶工程（4）细胞工程）细胞工程32 技术前沿技术前沿（5）发酵工程或微生物工程）发酵工程或微生物工程331.3 生命科学的重要性1）生命科学与现代人类的关系2）生命科学与其他学科的关系1）生命科学与现代人类的关系 生命科学与健康生命科学与健康（1）基因工程生产药物和疫苗351）生命科学与现代人类的关系 生命科学与健康生命科学与健康（2）基因诊断和治疗361）生命科学与现代人类的关系 生命科学与农业生命科学与农业37绿色革命绿色革命有两个国际有两个国际研究机构做研究机构做出了突出贡出了突出贡献：一个是献：一个是国际玉米和国际玉米和小麦改良中小麦改良中心，另一个心，另一个是国际水稻是国际水稻研究所。研究所。粮 食联合国粮农组织联合国粮农组织水稻研究所（菲，水稻研究所（菲，马尼拉马尼拉研究人员培育的“杂研究人员培育的“杂交水稻”交水稻”产量提高产量提高2040%381）生命科学与现代人类的关系 生命科学与工业生命科学与工业391）生命科学与现代人类的关系 生命科学与环境40这是最早一份关于环境对生物这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究种群影响的研究工业黑化工业黑化工业化前英国乡工业化前英国乡村有很多白色蛾子停村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；皮上，不易被鸟发现；工业化后，黑色蛾子工业化后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。色蛾子更易藏身。环 境41工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。石油的细菌长起来。422）生命科学与其他学科的关系近近300年来（年来（17-20世纪）：物理学一直作为带头学科世纪）：物理学一直作为带头学科:17世纪中叶世纪中叶牛顿经典力学牛顿经典力学18世纪中叶世纪中叶（蒸汽机）工业革命（蒸汽机）工业革命19世纪中后世纪中后电气革命电气革命20世纪初世纪初量子论、相对论和核物理量子论、相对论和核物理物理学主导着工业革命和经济发展，带领着天文、地质、气象、化学等学物理学主导着工业革命和经济发展，带领着天文、地质、气象、化学等学科发展科发展现在，现在，各大学科群向生命科学渗透各大学科群向生命科学渗透43交叉学科提供机会与挑战交叉学科提供机会与挑战人文科学人文科学物理学物理学计算机科学计算机科学天文学天文学数数 学学化化 学学生生物物学学农农 学学医医 学学工工 程程 学学心心理理学学生生物物物物理理学学生生物物化化学学生生物物数数学学宇宇宙宙生生物物学学人人工工智智能能学学植植物物生生理理学学育育种种学学昆昆虫虫学学植植物物病病理理学学人体人体及及动动物生物生理学理学药药理理学学病病理理学学生生物物工工程程学学生生物物材材料料生生物物传传感感器器生生物物能能源源生生物物信信息息学学44生命科学的教育功能生命科学的教育功能1.1.各国文化各国文化2.2.历史研究历史研究3.3.文学美术文学美术4.4.道德伦理道德伦理5.5.科学科学:数学数学,生命科学生命科学6.6.社会分析社会分析哈佛大学核心课程包括六大门类哈佛大学核心课程包括六大门类 1980s以来，世界著名大学如以来，世界著名大学如MIT等，纷纷把生物类课程列为全校必修课等，纷纷把生物类课程列为全校必修课.1995年以后，国内重点理工科大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专年以后，国内重点理工科大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业大学生的限选或必修课程。业大学生的限选或必修课程。Science 杂志报道，杂志报道，2003 年美国自然科学领域的博士毕业生有年美国自然科学领域的博士毕业生有21343 人。人。2013 年，这一数字几乎增长了年，这一数字几乎增长了41%，其中生命科学领域增长最多。其他国，其中生命科学领域增长最多。其他国家也出现了相同趋势。家也出现了相同趋势。45生命科学已成为科学界最活跃的领域生命科学已成为科学界最活跃的领域生命科学是当代自然科学中发展最迅速生命科学是当代自然科学中发展最迅速、对人类的生存和自身发展影响最大的学、对人类的生存和自身发展影响最大的学科领域之一。统计美国“科学引文索引（科领域之一。统计美国“科学引文索引（SCI）”收录的）”收录的6650余种学术刊物，发现余种学术刊物，发现有有4460种左右为生命科学相关杂志。统种左右为生命科学相关杂志。统计全世界引用指数（计全世界引用指数（Impact factor）在）在10以上的以上的200余种超一流学术刊物，有余种超一流学术刊物，有60%左右是生命科学相关刊物。左右是生命科学相关刊物。46引用指数在引用指数在20以上的自然科学刊物分科比较以上的自然科学刊物分科比较学学 科科杂志总数杂志总数平均引用指数平均引用指数30杂志数杂志数材料材料233.462化化 学学527.031物物 理理629.192数数 学学000生物医学生物医学3233.7014综合综合331.0631本章知识要点本章知识要点 生命的本质是元素 生命的三大关键特征48